USO DE MATRIZES POROSAS COM FASE CATALÍTICA A BASE DE METAL−ZEÓLITAAl2O3 NA COMBUSTÃO DE GLP

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ 
CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA 
MESTRADO ACADÊMICO EM CIÊNCIAS FÍSICAS APLICADAS 
 
 
 
 
 
KAIO BRUNO PEREIRA DE BRITO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
USO DE MATRIZES POROSAS COM FASE CATALÍTICA A BASE 
DE METAL−ZEÓLITA/Al2O3 NA COMBUSTÃO DE GLP 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FORTALEZA, CEARÁ 
2015
 
KAIO BRUNO PEREIRA DE BRITO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
USO DE MATRIZES POROSAS COM FASE CATALÍTICA A BASE DE 
METAL−ZEÓLITA/Al2O3 NA COMBUSTÃO DE GLP 
 
 
 
 
 
Dissertação apresentada a Coordenação do 
Curso de Mestrado Acadêmico em Ciências 
Físicas Aplicadas do Centro de Ciências e 
Tecnologia da Universidade Estadual do Ceará, 
como requisito para obtenção do grau de Mestre 
em Ciências Físicas Aplicadas. 
 
 
Área de Atuação: Mestrado Acadêmico em 
Ciências Físicas Aplicadas. 
 
 
Linha de Pesquisa: Energias Alternativas 
 
 
Orientação: Prof.ª. Dr.ª Mona Lisa Moura de 
Oliveira 
 
Co-orientação: Prof. Dr. Francisco Sales Ávila 
Cavalcante. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FORTALEZA, CEARÁ 
2015
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Dr. João Batista Furlan Duarte (Membro externo) 
Universidade de Fortaleza (UNIFOR)
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
 
 
 
Agradeço primeiramente a Deus por fornecer a força necessária para permanecer firme diante 
das dificuldades da vida e aos meus pais que muito me ajudaram dedicando seus esforços para 
oferecerem o melhor para minha formação. Dedico essa dissertação ao meu pai (Edilson Antônio) 
que hoje já não se encontra comigo, mas que me ensinou a amar a vida até mesmo quando ela 
não é justa e a sempre ver o lado bom das coisas até mesmo quando tudo não vai bem. A sua ida 
repentina traz muitas saudades e essa etapa da minha vida não será a mesma sem ele. E também 
dedico essa dissertação a minha mãe que tem demonstrado amor e compreensão em todos os 
momentos da minha vida e tem me ajudado e estado comigo em todos os momentos. 
 
Agradeço a minha orientadora, Professora. Drª. Mona Lisa Moura de Oliveira, pelo incentivo 
dado para nunca desistir, atenção para buscar melhor precisão naquilo que faço, por sua 
paciência nos momentos que algo deu errado, confiança no meu potencial, e principalmente 
pelos ensinamentos que levarei por toda a minha vida, por tudo isso e muito mais agradeço a 
essa grande mulher, um exemplo de pesquisadora a ser seguido. 
 
Agradeço ao meu co-orientador Professor Dr. Francisco Sales Ávila Cavalcante por sua calma 
e seus conselhos que muito me ajudaram a desenvolver o meu trabalho com maior eficiência. 
Além disso, sou grato a ele por suportar as minhas falhas e ser prudente em seus comentários 
quando eu passava dos limites em minhas colocações. 
 
Agradeço a meus amigos de laboratório: Ms. Daniel Silveira Serra, Renato Pinheiro, André 
Evangelhista, Natannael Almeida, Kelly Lima, Karla Camila, Jeanne Josino, pelos momentos 
de descontração e de grande ajuda! Dentre esses amigos destaco Daniel que com sua aptidão 
para pesquisa me ajudou grandemente no desenvolvimento desse trabalho. 
 
Agradeço a minha namorada Maria de Lourdes (Malu) por ter se tornado mais que uma amiga 
e por demonstrar paciência nos dias que eu estava desestimulado e por me apoiar e motivar a 
não desistir em nenhum momento desse trabalho. 
 
 
Agradeço a CAPES, pelo apoio financeiro com a manutenção da bolsa de auxílio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Voltei-me, e vi debaixo do sol que não é dos 
ligeiros a carreira, nem dos fortes a batalha, nem 
tampouco dos sábios o pão, nem tampouco dos 
prudentes as riquezas, nem tampouco dos 
entendidos o favor, mas que o tempo e a 
oportunidade ocorrem a todos. 
(Eclesiastes 9. 11) 
 
RESUMO 
 
 
A matriz energética mundial apresenta os combustíveis fósseis como principal fonte energética. 
Com leis ambientais cada vez mais rigorosas para emissões de poluentes se torna necessário o 
desenvolvimento de tecnologias inovadoras que proporcionem menor agressão ao meio ambiente 
e maior eficiência no processo de combustão. Desta forma, diversas tecnologias vêm sendo 
pesquisadas com intuito de reduzir as emissões dos poluentes e aumentar o rendimento do 
processo de combustão. Diante disto, a combustão em meios porosos radiante tem sido uma 
alternativa promissora para produção de potencial energético calorífico, com redução significativa 
da emissão de substâncias poluentes, típicas dos processos de combustão. A incorporação de 
matrizes porosas catalíticas possibilita o aumento da recirculação de calor dentro do queimador, 
o que pode conferir o aumento da eficiência térmica e reduzida emissão de poluentes. Assim, este 
trabalho tem por objetivo estudar a combustão do GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) em queimador 
poroso radiante contendo fase catalítica a base de metal - zeólita (CuZSM-5 e FeZSM-5) 
impregnadas em esferas de alumina (Al2O3). A fase catalítica FeZSM-5 e CuZSM-5 foi preparado 
por troca iônica a partir da zeólita ZSM-5 (Si/Al = 20) com solução do metal de forma a obter 2% 
(p/p) do metal na estrutura. A matriz porosa catalítica foi preparada mediante impregnação a seco, 
no qual as esferas de alumina foram umedecidas com uma mistura da suspenção de FeZSM-5 e 
CuZSM-5 em água, após isso foram levadas para estufa por 24h, a 80°C. Em seguida, foram 
calcinadas a 500°C por 4h. Na caracterização, os catalisadores passaram com difração de raios-
X, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier e de absorção atômica. Foi 
confeccionado um queimador cilíndrico de aço inox contendo uma matriz porosa composta por 
esferas de alumina (Al2O3) com diferentes diâmetros externos, 4,0 mm e 13 mm, ocupando um 
volume de 250 e 1100 cm3, respectivamente. A combustão da mistura ar/GLP foi estudada e os 
parâmetros do processo analisados (i.e. velocidade de chama, eficiência combustão/radiação, 
razão de equivalência, emissões). Tais parâmetros foram avaliados mediante ausência e presença 
dos catalisadores impregnados em esferas de alumina. Os resultados mostram que a utilização dos 
catalisadores reduziu as emissões de CO e NO e proporcionou um aumento na eficiência de 
combustão. Para a razão de equivalência de 0,9 o FeZSM-5/Al2O3 e o CuZSM-5/Al2O3 
apresentaram redução de 40,4 % e 37,7 % para o CO e 28,6 % e 18,4 % para o NO, 
respectivamente. No referido estudo, conclui-se que a combustão catalítica com FeZSM-5/Al2O3 
apresentou maior redução de CO e NO e um rendimento de combustão superior quando 
comparado ao CuZSM-5/Al2O3 e a fase inerte, podendo se tornar uma rota promissora para 
minimizar as emissões de poluentes provenientes do processo de combustão. 
 
 
 
Palavras–chaves: combustão em meios porosos, matrizes catalíticas, emissões. 
 
 
ABSTRACT 
 
 
The world energy matrix shows the fossil fuels as the main source of energy. With environmental 
laws increasingly stringent emissions of pollutants becomes necessary the development of 
innovative technologies that provide less damage to the environment and greater efficiency in the 
combustion process. In this way, various technologies are being researched in order to reduce the 
emissions of pollutants and increase the efficiency of the combustion process. In this regard, the 
combustion in porous media radiant has been a promising alternative for the production of energy 
potential heat, with significant reduction in the emission of pollutants, typicalof combustion 
processes. The incorporation of porous matrices catalytic enables the increase of heat recirculation 
within the burner, which can give the increase in thermal efficiency and reduced emissions of 
pollutants. Thus, this work aimed to study the combustion of LPG (Liquefied Petroleum Gas) in 
porous burner radiant phase containing the catalytic metal base - zeolita (CuZSM-5 and FeZSM-
5) impregnated into spheres of alumina (Al2O3). The catalytic phase FeZSM-5 and CuZSM-5 was 
prepared by ionic exchange from the zeolita ZSM-5 (Si/Al = 20) with solution of metal in order 
to get 2% (w/w) of the metal in the structure. The porous matrix catalyst was prepared by 
impregnating the dry, in which the balls of alumina were wetted with a mixture of Cessation of 
FeZSM-5 and CuZSM-5 in water, after this were carried out in a greenhouse for 24 h, the 80 °C. 
Then were calcined at 500 ºC for 4 h. In the characterization, the catalysts passed with X-ray 
diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy and atomic absorption. It was made a 
cylindrical burner stainless steel containing a porous matrix composed of spheres of alumina 
(Al2O3) with different outer diameters, 4.0 mm and 13 mm, occupying a volume of 250 and 1100 
cm3, respectively. The combustion of the mixture air/LPG was studied and the process parameters 
analyzed (i.e. flame velocity, combustion efficiency/radiation, reason of equivalence, emissions). 
These parameters were assessed by absence and presence of catalysts impregnated into spheres of 
alumina. The results show that the use of the catalysts reduced emissions of CO and has provided 
an increase in combustion efficiency. For the reason of equivalence of 0.9 the FeZSM-5/Al2O3 
and the CuZSM-5/Al2O3 showed a reduction of 40.4 % and 37.7 % for the CO and 28.6 % and 
18.4 % for the NO, respectively. In this study, it is concluded that the catalytic combustion with 
FeZSM-5/Al2O3 showed a greater reduction of CO and a yield higher combustion when compared 
to CuZSM-5/Al2O3 and the dummy phase, it may become a promising route to minimize the 
emissions of pollutants from the combustion process. 
 
Keywords: Combustion media porous, catalytic matrix, emissions. 
 
 
 
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS 
 
 
 
ANP Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis 
GLP Gás Liquefeito de Petróleo 
PCI Poder Calorífico Inferior 
PCS Poder Calorífico Superior 
LII Limite Inferior de Inflamabilidade 
LSI Limite Superior de Inflamabilidade 
REC Recirculação de calor 
uch Velocidade de chama 
ϕ Razão de equivalência 
ηrad Eficiência de radiação 
ηcom Eficiência de combustão 
Pq Potência do queimador 
Pe Número de Peclet 
RCS Redução Catalítica Seletiva 
T1 Termopar 1 
T2 Termopar 2 
T3 Termopar 3 
T4 Termopar 4 
Tg Temperatura dos gases 
Tamb Temperatura ambiente 
�̇� Vazão mássica dos gases 
𝑚𝑐̇ Vazão mássica do combustível 
Aq Área da secção transversal do queimador 
SL Velocidade de chama laminar 
dm diâmetro médio equivalente dos poros 
cp Calor específico da mistura gasosa 
k Condutividade térmica da mistura 
𝜌 Densidade da mistura gasosa 
𝜀 Emissividade da superfície 
𝜎 Constante de Stefan Boltzmann
10 
LISTA E FIGURAS 
 
 
Figura 1 – Produção de energia primária no Brasil.................................................................... 19 
Figura 2 – Consumo total de GLP entre 2007 a 2014................................................................ 21 
Figura 3 – Produção de GLP no plano decenal de expansão de energia 2023........................... 22 
Figura 4 – Esquema geral da combustão em meios porosos radiante........................................ 27 
Figura 5 – Comparação entre a combustão com recirculação de calor e a c 
c combustão convencional........................................................................................... 
29 
Figura 6 – Esquema da bancada experimental............................................................................ 44 
Figura 7 – Compressor de ar....................................................................................................... 45 
Figura 8 – Ilustração do sistema de coleta de dados................................................................... 46 
Figura 9 – Sistema de aquisição de dados.................................................................................. 47 
Figura 10 – Bancada experimental do queimador poroso............................................................. 47 
Figura 11 – Configuração da matriz porosa no interior do queimador......................................... 48 
Figura 12 – Catalisadores (a) CuZSM-5/Al2O3 (b) FeZSM-5/Al2O3........................................... 49 
Figura 13 – Interior do queimador poroso radiante em operação................................................. 51 
Figura 14 – Síntese das configurações do queimador (a) matriz inerte e (b) matriz 
i inerte + fase catalítica............................................................................................... 51 
Figura 15 – Difratogramas de raio – X dos catalisadores e do suporte de partida....................... 53 
Figura 16 – FTIR dos catalisadores e suporte............................................................................... 53 
Figura 17 – Perfil de temperatura para ϕ = 1,0............................................................................ 56 
Figura 18 – Perfil de temperatura para ϕ = 0,9............................................................................ 58 
Figura 19 – Perfil de temperatura para ϕ = 0,8............................................................................ 60 
Figura 20 – Eficiência de radiação(%) por velocidade de chama (cm/s)...................................... 62 
Figura 21 – Emissão de monóxido de carbono (CO) por ϕ.......................................................... 65 
Figura 22 – Emissão de monóxido de nitrogênio (NO) por ϕ...................................................... 66 
Figura 23 – Redução de CO e NO após inserção da fase catalítica no queimador....................... 69 
Figura 24 – Emissão temporal de CO........................................................................................... 70 
Figura 25 – Emissão temporal de NO........................................................................................... 70 
Figura 26 – Efeito da velocidade no perfil de temperatura para diferentes razões de e 
e equivalência............................................................................................................... 
72 
Figura 27 – Transdutores de pressão (a) MPXV 5004 e (b) ASCX01DN................................... 86 
Figura 28 – Tela da calibração customizada do Fildlogger.......................................................... 87 
Figura 29 – Gráfico de calibração para o GLP............................................................................. 88 
Figura 30 – Gráficos de calibração para o ar................................................................................ 89 
 
 
 
11 
 
LISTA DE TABELAS 
 
 
Tabela 1 – Especificações técnicas do Gás LP no Brasil.......................................................... 20 
Tabela 2 – Limites de Inflamabilidade a 25 °C e a 1 atm......................................................... 25 
Tabela 3 – Propriedades físico-químicas de materiais utilizados como matriz porosa............. 28 
Tabela 4 – Efeitos e sintomas do CO à saúde humana..............................................................37 
Tabela 5 – Características cinstrutivas do filtro de gás (COMAO LTDA)............................... 45 
Tabela 6 – Características do suporte e catalisador................................................................... 52 
Tabela 7 – Velocidade de chama e razão de equivalência da combustão................................. 54 
Tabela 8 – Número de Peclet.................................................................................................... 55 
Tabela 9 – Valores médios dos perfis de temperatura com ϕ = 1,0.......................................... 57 
Tabela 10 – Valores médios dos perfis de temperatura com ϕ = 0,9........................................ 59 
Tabela 11 – Valores médios dos perfis de temperatura com ϕ = 0,8........................................ 61 
Tabela 12 – Parâmetros da combustão...................................................................................... 64 
Tabela 13 – Valores médios dos parâmetros da combustão para ϕ = 1,0................................. 67 
Tabela 14 – Valores médios dos parâmetros da combustão para ϕ = 0,9................................. 67 
Tabela 15 – Valores médios dos parâmetros da combustão para ϕ = 0,8................................. 68 
Tabela 16 – Síntese de alguns dados de emissões de NO e CO, oriundos da combustão de 
GLP de GLP e/ou Gás Natural em meios porosos............................................................. 71 
Tabela 17 – Valores de pressão e tensão utilizados para calibração dos transdutores.............. 86 
Tabela 18 – Calibração dos Fluxos de GLP e ar....................................................................... 88 
Tabela 19 – Faixas de medição e limites de erro do analisador de gases Greenline 8000........ 92 
 
 
 
12 
 
SUMÁRIO 
 
 
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 14 
1.1 OBJETIVOS ................................................................................................................ 17 
1.1.1 Objetivo Geral ........................................................................................................... 17 
1.1.2 Objetivos Específicos ................................................................................................. 17 
2 REVISÃO DA LITERATURA ................................................................................ 18 
2.1 COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS ....................................................................................... 18 
2.2 GÁS LIQUEFEITO DE PETRÓLEO ......................................................................... 20 
2.3 COMBUSTÃO ............................................................................................................ 22 
2.3.1 Razão de Equivalência .............................................................................................. 23 
2.3 Poder Calorífico ......................................................................................................... 24 
2.3.3 Rendimento de Combustão ...................................................................................... 24 
2.3.4 Limite de Inflamabilidade ........................................................................................ 25 
2.4 COMBUSTÃO EM MEIOS POROSOS .................................................................... 26 
2.4.1 Matriz Porosa ............................................................................................................ 27 
2.4.2 Recirculação de Calor (REC) ................................................................................... 29 
2.4.3 Eficiência de Radiação .............................................................................................. 31 
2.4.4 Velocidade de Chama ................................................................................................ 31 
2.4.5 Potência do Queimador ............................................................................................ 32 
2.4.6 Número de Peclet ....................................................................................................... 32 
2.4.7 Aplicações da Técnologia de Queimadores Porosos............................................... 32 
2.5 COMBUSTÃO CATALÍTICA ................................................................................... 35 
2.6 POLUENTES ORIUNDOS DA COMBUSTÃO ....................................................... 36 
2.6.1 Monóxido de Carbono (CO) ..................................................................................... 37 
2.6.2 Óxidos de Nitrogênio (NOx) ..................................................................................... 38 
2.6.3 Redução das Emissões Derivado da Combustão Via Catálise ............................. 40 
3 MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................... 44 
3.1 BANCADA DE TESTE ............................................................................................ 44 
3.1.1 Gás Combustível e Oxidante Utilizado no Presente Estudo ................................ 45 
3.1.2 Medidores de Vazão (Ar/Combustível) ................................................................. 46 
3.1.3 Sistema de Aquisição de Dados (FIEDLOGGER) ................................................ 47 
13 
3.1.4 Queimador Poroso e Analisador de Gases ............................................................ 47 
3.1.5 Catalisadores (FeZSM-5/Al2O3 e CuZSM-5/Al2O3) ............................................. 49 
3.2 PROCEDIMENTO OPERACIONAL DO QUEIMADOR ...................................... 50 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................ 52 
4.1 CARACTERIZAÇÃO DO CATALISADOR ........................................................... 52 
4.2 COMBUSTÃO DE GLP/AR..................................................................................... 53 
4.2.1 Perfil de Temperatura ........................................................................................... 55 
4.2.2 Emissões do Processo de Combustão .................................................................... 64 
5 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 73 
6 RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .................................. 74 
 REFERÊNCIAS ..................................................................................................... 75 
ANEXO A – CALIBRAÇÃO DOS MEDIDORES DE VAZÃO ........................... 86 
 ANEXO B – CÁLCULO PARA ESTIMATIVA DO PERCENTUAL DE VAPOR 
DE DE ÁGUA PRESENTE NOS PRODUTOS GASOS DA COMBUSTÃO ............. 90 
ANEXO C – PARÂMETROS DO ANALISADOR DE GASES ........................... 92 
 
 
 
14 
1 INTRODUÇÃO 
 
O mundo contemporâneo se desenvolveu com o auxílio dos combustíveis fósseis. Durante 
o processo termoquímico destes combustíveis, são liberados poluentes para atmosfera, podendo 
causar danos ao meio ambiente (i.e. elevação da temperatura média do planeta, corrosão) e à saúde 
da população (i.e. doenças respiratórias, cardiovasculares). Todavia, embora haja incentivos para 
substituição dos combustíveis fósseis por combustíveis alternativos, a matriz energética mundial 
ainda apresenta os combustíveis fósseis como principal fonte energética. Neste contexto, o desafio 
energético está, em sua grande maioria, relacionado à implantação de tecnologias inovadoras, 
eficientes e com menor agressão ao meio ambiente(ABCM, 2012; CAPELLAN-PEREZ et al., 
2014). 
A indústria e o setor de transportes são os maiores consumidores de combustíveis fósseis, 
e juntos caracterizam a principal fonte antropogênica das emissões de poluentes atmosféricos 
(ZHU et al., 2011). Dentre os poluentes emitidos no processo de combustão de hidrocarbonetos 
figuram os óxidos de carbono (CO e CO2), os óxidos de nitrogênio (NOx), os óxidos de enxofre 
(SOx), os hidrocarbonetos não queimados e os materiais particulados. Essas espécies podem atuar 
negativamente na atmosfera, como na formação do smog fotoquímico, aumento do efeito estufa, 
chuvas ácidas, metais pesados, entre outros (JUNIOR; LACAVA, 2003; AKBARI; et al., 2009; 
BAIRD e CANN, 2011; ZHU et al., 2011). 
Convém ressaltar que o consumo de combustíveis fósseis na geração de energia a nível 
mundial, nomeadamente, carvão, óleo e gás natural, ultrapassaram 14.000 TWh (BEN, 2015). 
Contudo, desde a década de 1970 muitas pesquisas têm sido realizadas na área de combustão com 
o intuito de minimizar as emissões dos poluentes e aumentar o rendimento do processo. A redução 
de emissões derivada da conversão termoquímica desses combustíveis pode ser alcançada de 
diversas formas, sobretudo visando o aumento da eficiência da combustão, a utilização de 
combustíveis com menor teor de carbono e a captura e armazenamento de dióxido de carbono (i.e. 
produção de syngas, processo “oxyfuel” ou oxi-combustão) (ANDERSSON et al., 2009; ABAS et 
al., 2015). 
Uma tecnologia que vem sendo cada vez mais estudada e aprimorada é a combustão em 
meios porosos radiante, sobretudo visando obter maiores eficiências térmica e consequentemente 
redução das emissões. Os queimadores porosos apresentam um lugar de destaque, uma vez que 
estes sistemas possuem algumas características únicas, tais como: taxas mais altas de aquecimento 
radiante, baixas emissões de CO e NOx, alta velocidade de chama e maior densidade e modulação 
15 
de potência. Além disso, a combustão em meios porosos possibilita a queima de combustíveis de 
baixo poder calorífico (PEREIRA, 2001; CATAPAN et al., 2011; BUBNOVICH et al., 2013). 
Neste sentido, o setor industrial tem demonstrado grande interesse no desenvolvimento e 
otimização da combustão em meios porosos radiantes, ou seja, explorar o efetivo aproveitamento 
da energia liberada na reação mediante recirculação de calor na matriz porosa. Assim, a seleção 
da matriz porosa para composição do queimador é um fator muito importante e deve-se levar em 
conta, principalmente, a porosidade, a condutividade, as resistências térmicas/mecânicas, os custos 
e a disponibilidade do material (MUJEEBU et al., 2009a; CATAPAN, 2011). 
Em geral, a composição química básica desses materiais inclui substâncias como carboneto 
de silício, nitreto de silício, alumina, zircônia e composições destas. Estão disponíveis no mercado 
em diferentes morfologias, dentre elas figuram os esféricos e os semelhantes a espumas. Estas 
estruturas são também, muitas vezes, empregadas como suporte de catalisadores, conferindo 
resistência mecânica a matriz porosa, além de outros propósitos, como mitigar emissões oriundas 
da combustão (MUJEEBU et al., 2011; MOREIRA, 2012). 
Deste modo, diversos sistemas catalíticos vêm sendo estudados com a finalidade de 
melhorar o desempenho desses queimadores. Suas ações podem ser variadas dependendo do 
objetivo que se deseja empregar, dentre elas destacam: estender os limites de inflamabilidade, 
promover a combustão de diferentes misturas de combustíveis e reduzir as emissões de NOx, CO 
e hidrocarbonetos não queimados (ROBAYO et al., 2014). 
No que diz respeito à redução de emissões oriundas da combustão, um dos catalisadores 
mais estudados tem sido os constituídos por metais de transição, por possuir grande número de 
estados eletrônicos de baixa energia que podem facilmente doar ou receber elétrons. Desta forma, 
os materiais compostos por metais de transição podem dissociar ligações como C-H, C-O, C-N, 
N-O, dentre outros (TERRIBLE et al., 1999 INGLEZAKIS; POULOPOULOS, 2006). 
Dentre os catalisadores com metais de transição, aqueles que utilizam como suporte 
estruturas zeóliticas tem apresentado boa atividade para decomposição de NO e podem ser 
referência no estudo de novos catalisadores. Os catalisadores à base de cobre e ferro preparados 
por troca iônica destacam-se entre aqueles que usam a zeólita ZSM-5 como suporte. Os 
catalisadores CuZSM-5 e FeZSM-5 receberam atenção da comunidade científica por apresentarem 
alta atividade e seletividade para redução catalítica de NO (OLIVEIRA et al, 2009a; OLIVEIRA 
et al., 2009b; JIMÉNEZ-GARCÍA et al., 2011). Todavia a aplicação direta desses catalisadores no 
processo de combustão ainda é pouco relatada pela literatura, principalmente quando associados 
queimadores em meios porosos. Assim o presente trabalho tem por objetivo estudar a combustão 
16 
do GLP (Gás Liquefeito de Petróleo) em queimador poroso radiante contendo fase catalítica a base 
de metal-zeólita (i.e. CuZSM-5 e FeZSM-5) impregnada em esferas de alumina. 
 
 
 
 
 
 
17 
1.1 OBJETIVOS 
 
1.1.1 Objetivo Geral 
 
Estudar a combustão do GLP em queimador poroso radiante mediante a inserção de fase 
catalítica a base de metal-zeólita (i.e. CuZSM-5 e FeZSM-5), impregnada em esferas de alumina 
(Al2O3), na composição da matriz porosa. 
 
1.1.2 Objetivos Específicos 
 
i. Montar e instrumentar bancada experimental de combustão em meios porosos radiante para 
decomposição termoquímica do GLP em microescala; 
 
ii. Preparar fase catalítica a base de CuZSM-5 e FeZSM-5 com impregnação em esferas de 
alumina; 
 
iii. Determinar a eficiência térmica do queimador poroso em função de suas características 
(porosidade total, tipo de material, geometria, distribuição da matriz porosa); 
 
iv. Determinar os parâmetros da combustão da mistura ar/GLP de um queimador poroso 
radiante com presença e ausência da fase catalítica na matriz porosa (i.e. FeZSM-5-Al2O3 
e CuZSM-5-Al2O3), nomeadamente: estequiometria da combustão, eficiência da 
combustão, razão de equivalência; 
 
 
 
18 
2 REVISÃO DA LITERATURA 
 
2.1 COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS 
 
Os combustíveis fósseis são combustíveis formados pela decomposição de matéria 
orgânica. Mais de três quartos do consumo mundial de energia primária vêm de combustíveis 
fósseis: gás natural, carvão e petróleo. Estas fontes de energia são limitadas, uma vez que suas 
reservas necessitam um longo período de tempo para reporem-se e não apresentam 
homogeneidade na sua distribuição geográfica, por isso não são consideradas fontes renováveis 
de energia (MARQUES, 2007). 
Historicamente, com a Primeira Revolução Industrial, no final do século XVIII e início 
do século XIX, o desenvolvimento de novas tecnologias proporcionou ao setor industrial a 
produção em larga escala, acarretando na necessidade da busca de novos combustíveis. Nesse 
contexto, o carvão mineral se tornou indispensável para o funcionamento dos primeiros motores 
movidos a vapor. 
No início do século XX, a popularização dos automóveis ampliou ainda mais a 
demanda internacional por combustíveis com melhor desempenho. Dessa forma, os 
combustíveis fósseis passaram a ser a fonte para obtenção de gasolina. Algumas décadas depois, 
essa mesma tendência transformou o Diesel em um combustível de grande uso a partir da 
Segunda Guerra Mundial. 
Após a crise de 70, os anos 80 e 90, proporcionaram avanços tecnológicos que 
permitiram a redução do custo de exploração e produção, criando um novo ciclo econômico 
para a indústria petrolífera. Em 1996 as reservas mundiais provadas eram 60% maiores que em 
1980, e os custosmédios de prospecção e produção caíram cerca de 60% nesse mesmo período. 
Assim, ao longo do tempo, foi se impondo como fonte de energia. Atualmente, com o advento 
da petroquímica, além da grande utilização dos seus derivados, centenas de novos compostos 
são produzidos, como plásticos, borrachas sintéticas, tintas, corantes, solventes, cosméticos, etc. 
O petróleo além de produzir combustível, passou a ser imprescindível na vida moderna 
(THOMAS, 2001). 
Até agora, as reservas globais de petróleo, gás natural e carvão estão aumentando 
progressivamente, sem qualquer ameaça a depleção imediata, mas os combustíveis fósseis são 
recursos finitos. A prosperidade humana pode ser atribuída à descoberta e utilização dos 
combustíveis fósseis, eles são responsáveis por cerca de 90% da demanda global de energia 
19 
primária. Atualmente, petróleo, gás natural, carvão e fontes alternativas de energia apresentam 
uma quota de 36%, 27%, 23% e 14%, respectivamente, da matriz energética mundial (ABAS, 
et al, 2015). A matriz energética brasileira (Figura 1) é uma das mais limpas do planeta, uma 
vez que quase metade da energia primária produzida (46%) provem de recursos renováveis 
(BEN, 2014). 
Figura 1- Produção de energia primária no Brasil 
 
Fonte: BEN (2014). 
 
A utilização demasiada de combustíveis fósseis vem gerando grandes preocupações, 
principalmente relacionadas aos problemas ambientais. Ambientalistas relacionam o pico de 
produção de petróleo e gás natural, com o pico de emissões de CO2, que até o presente momento 
tem aumentado de maneira constante. O mundo consome combustíveis fósseis a uma taxa de 
Mil barris por segundo, produzindo 29 Giga toneladas (Gt) de CO2 por ano, dos quais 6,8 Gt 
são absorvidas nos processos naturais e o sobressalente entra na atmosfera (ABAS, et al., 2015). 
As projeções indicam que os combustíveis fósseis continuarão sendo fonte de energia 
dominante no futuro previsível. Mohr e colaboradores (2015) simularam três cenários diferentes 
para os combustíveis fósseis, e no melhor deles concluíram que os combustíveis fósseis podem 
ter um forte crescimento até 2025, seguido por um platô de aproximadamente 50 anos, antes de 
apresentar alguma queda. Desse modo, os combustíveis fósseis ainda estarão presentes no 
cenário energético mundial, mas a atual situação geopolítica e ambiental exige uma nova 
abordagem ao consumo de energia. É fundamental a busca pela diversificação da matriz 
energética mundial, principalmente com maior inserção das fontes de energia renováveis, mas 
talvez o mais importante, em curto prazo, é o desenvolvimento de tecnologias avançadas para 
Petróleo
41%
Gás Natural
11%Carvão
1%
Urânio
1%
Hidráulica
13%
Lenha
9%
Cana-de-
açúcar
19%
outras renováveis
5%
20 
o ciclo dos combustíveis fósseis, desde a exploração, produção, consumo, até a redução das 
emissões dos gases de efeito estufa. 
 
2.2 GÁS LIQUEFEITO DE PETRÓLEO 
 
O Gás Liquefeito de Petróleo (GLP) (ou Gás LP) é um combustível constituído por 
hidrocarbonetos leves predominando propano (C3H8) e butano (C4H10), que são produzidos no 
processo de destilação do petróleo, e também durante o processamento de gás natural. O GLP 
é produzido naturalmente no petróleo em pequenas proporções, da ordem de no máximo 2% 
em volume (GARCIA, 2013). 
Os hidrocarbonetos predominantes no GLP são gasosos a pressão atmosférica e 
temperatura ambiente, mas liquefazem-se quando submetidos entre pressões de 600 kPa a 1200 
kPa. Dentro do recipiente, encontra-se no estado líquido e gasoso sendo que 85% no máximo 
na fase líquida e 15% no mínimo na fase gasosa, ambos em volume. Na Tabela 1 estão 
apresentadas algumas especificações do GLP no Brasil, conforme a resolução Nº 18/2004 da 
Agência Natural do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP). O teor de enxofre total no 
GLP inclui os compostos sulfurados usados para fins de odorização (GARCIA, 2013). A ANP 
não especifica o poder calorífico do GLP, entretanto, são considerados os valores médios de 
Poder calorífico superior (PCS) e Poder calorífico inferior (PCI), 11.850 kcal/kg e 
11.000 kcal/kg, respectivamente. 
Tabela 1- Especificações técnicas do Gás LP no Brasil 
Características Condições/unidade Especificações 
Água 
Corrosividade ao cobre 
Enxofre Total 
Ponto de ebulição 
Pressão de vapor 
- 
1h a 37,8 oC 
mg/kg 
95 % a 101,325 kPa 
37,8 oC (MPa) 
Isento ou dispersa 
1 máx. 
140 máx. 
2,2 oC 
1,47 máx. 
 PCS 11.850 kcal/kg 
PCI 11.000 kcal/kg 
Fonte: Adaptada da ANP Nº 18/2004 e SINDIGÁS (2015). 
21 
É importante destacar que o gás LP tem amplo emprego principalmente no setor 
residencial para cocção de alimentos e aquecimento de água. No mundo o maior mercado 
consumidor de GLP é os Estados Unidos, seguido por Japão, China, México e Brasil. O 
mercado brasileiro de GLP alcançou em 2014 um recorde histórico de volume de GLP vendido, 
alcançando a marca de 7,421 milhões de toneladas. A demanda de GLP nos últimos oito anos 
é apresentada na Figura 2. 
Figura 2 - Consumo total de GLP entre 2007 a 2014 
Fonte : Adaptado de SINDIGÁS (2015). 
 
 É possível observar que o crescimento de embalagens até 13 kg (P13) nos últimos 
anos foi de 7,25%, o que representa um crescimento vegetativo, ou seja, vem acompanhando o 
crescimento da população; entretanto, o crescimento do consumo a granel nos últimos anos foi 
de 23,34%. Em geral, o consumo deste gás combustível em toneladas cresceu 11,54% nos 
últimos oitos anos, impulsionado principalmente pelas vendas no modo granel (ANP, 2013; 
SINDIGAS, 2015). 
A Empresa de Pesquisa Energética (2013) publicou no seu último plano decenal de 
expansão energética os prognósticos da produção e demanda de GLP (Figura 3), pode-se 
observar que em 2019 a produção de GLP será praticamente equivalente à demanda e que, a 
partir de 2020, o país passará a ter excedente do produto, demonstrando que o cenário para o 
GLP nos próximos anos será muito promissor. 
6623 6767 6687
6933
7103 7135
7339 7421
4895 4957 4949 5027
5131 5126 5201
5260
1728 1810 1737 1906
1972 2009 2128
2161
1600
2600
3600
4600
5600
6600
7600
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
1
0
3
to
n
el
ad
as
Consumo total Consumo P13 Consumo granel, P20 e P45
22 
 
Figura 3 - Produção do GLP no plano decenal de expansão de energia 2023 
 
Fonte: EPE (2013) 
 
Outra utilização do GLP é como combustível veicular, mas a legislação brasileira 
proíbe seu uso para esse fim. Estudos mostram que o GLP apresenta maior taxa de Octanagem, 
menor emissão de compostos tóxicos e gases de efeito estufa, menor emissão de material 
particulado e NOx, em comparação com outros combustíveis derivados do petróleo 
(KARAMANGIL, 2007; LIM et al., 2007). Os países que mais utilizam o GLP no setor 
automotivo são: Coréia do Sul, Japão, Turquia, Itália, Polônia, México e Austrália. Existiam, 
em 2008, na Europa, cerca de 10 milhões de veículos movidos a GLP (SINDIGAS, 2008). A 
implantação do GLP automotivo no Brasil necessita ainda de análise mais profunda, pois a 
introdução de um novo combustível no setor automotivo, talvez não seja para o Brasil uma 
prioridade, salvo em casos em que o GLP possa ser um importante vetor de reduções de 
emissões para alguns veículos (SINDIGAS, 2008). 
 
2.3 COMBUSTÃO 
 
A combustão é uma reação química exotérmica entre uma substância combustível e 
uma comburente na qual há produção de energia na forma de luz e calor, sendo considerada 
completa quando o hidrogênio e o carbono do combustível são totalmente oxidados a dióxido 
de carbono e água, e incompletaquando nos produtos da combustão aparecem substâncias 
combustíveis (carbono nas cinzas, escórias e fuligem), assim como, gases combustíveis 
(monóxido de carbono, hidrogênio, hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio) (DELMAS et al., 
1995). 
23 
Para que a combustão ocorra de maneira eficiente é necessária uma quantidade 
adicional de ar além do estequiométrico. O excesso de ar proporciona uma melhor mistura entre 
o combustível e o oxidante, mas deve ser criteriosamente controlada durante o processo de 
combustão, pois é um fator determinante nas emissões de poluentes, eficiência e temperatura 
da reação e dos gases de exaustão (GUO e CHALAMBOR, 2005). 
 
2.3.1 Razão de Equivalência 
 
A razão de equivalência () é uma grandeza adimensional que nos indica a quantidade 
de oxidante presente em uma mistura gasosa (TURNS, 2013), sendo calculada pela seguinte 
equação: 
 
 = 
(
Mar
Mf
)
esteq
(
Mar
Mf
)
real
= 
(
A
F
)
esteq
(
A
F
)
real
 (1) 
Onde: 
Mar é a massa de ar; 
Mf é a massa de combustível; 
A é a massa molar de ar; 
F é a massa molar de combustível. 
 
Quando  > 1 apresenta-se uma mistura rica,  < 1 apresenta-se uma mistura pobre e  = 1 
apresenta-se uma mistura estequiométrica. 
Uma mistura estequiométrica é a quantidade necessária de oxidante para realizar a 
combustão completa de certo volume de combustível. A mistura é denominada pobre quando 
há uma maior porção de oxidante do que aquele presente na mistura estequiométrica, e quando 
a porção de oxidante é menor do que a quantidade estequiométrica resulta em uma mistura rica 
(TURNS, 2013). 
Analisando os produtos da combustão de uma mistura pobre é possível observar a 
formação de CO2, H2O, N2 e O2, já em uma mistura rica há formação de CO2, CO, H2, H2O e 
N2 (BARRETO et al., 2008). Assim, em muitas aplicações em processos termoquímicos, a 
razão de equivalência é um fator importante na determinação do desempenho do sistema. 
 
24 
2.3.2 Poder Calorífico 
 
O poder calorífico é a quantidade de energia por unidade de massa (ou de volume, no 
caso de gases) liberada na oxidação de um determinado combustível. O poder calorífico é 
dividido em poder calorífico inferior (PCI) e poder calorífico superior (PCS). O PCS é a energia 
liberada no processo de combustão supondo que toda a água nos produtos foi condensada para 
líquido, esse cenário libera o máximo de energia, já o PCI corresponde à situação na qual toda 
água permanece no estado de vapor (TURNS, 2013 e DANTAS, 2010). As medições do poder 
calorífico de um combustível são realizadas em laboratório com a utilização de uma bomba 
calorimétrica e o valor obtido é sempre o PCS (BIZZO, 2003). Segundo Bizzo (2003), a relação 
entre PCI e PCS pode ser descrita pela equação abaixo: 
 
PCI = PCS − 240(9h + u) (2) 
 
Sendo, h o teor de hidrogênio e u, a umidade presentes no combustível. 
 
2.3.3 Rendimento de Combustão 
 
O rendimento da combustão é calculado mediante a relação entre calor útil e o calor 
teórico que o combustível poderia fornecer (PCI). A Equação (3) descreve o rendimento de uma 
combustão. 
 
η = 
Qútil
Qteórico
= 
Qútil
ṁ.PCIc
 (3) 
 
Onde, o Qútil pode ser calculado pelo método apresentado por Mujeebu et al. (2011) e 
Muthukumar et al. (2011), já o calor teórico é calculado pelo produto entre a vazão mássica do 
combustível (�̇�) e o PCIc do combustível. 
Um modo indireto de se calcular a eficiência de combustão (c) é por intermédio das 
perdas de calor sensível nos gases de combustão ( Pgs), conforme apresentado nas equações (4)-
(5). 
% Pgs = (Tg − Tamb) ∙ (
A
CO2
− B) (4) 
ηc = 100% − %Pgs (5) 
25 
A Equação (4) que estima as perdas depende da temperatura dos gases na saída da 
chaminé (𝑇𝑔), temperatura do ar ambiente (𝑇𝑎𝑚𝑏), percentual de CO2 mensurado na saída da 
chaminé e das constantes (A e B) características do tipo de combustível, para o caso do GLP os 
valores de A e B são 0,48 e 0,008, respectivamente. 
 
2.3.4 Limite de Inflamabilidade 
 
Os experimentos com combustão mostram que uma chama se propaga apenas dentro 
de uma faixa de razões de equivalência entre os chamados limites de inflamabilidade (LI). 
Entende-se por limites de inflamabilidade ou explosividade as concentrações entre as quais uma 
mistura gasosa é explosiva ou inflamável. O principal fator que determina a inflamabilidade de 
uma mistura é o balanço entre a taxa de liberação de calor resultante da combustão, que é uma 
função da taxa de reação e do poder calorífico do combustível, e a taxa de perda de calor pela 
chama. Deste modo, para uma mistura muito pobre ou muito rica em combustível, a taxa de 
reação diminui drasticamente e a energia liberada na combustão é insuficiente para compensar 
a perda de calor da chama. Assim, a chama se apaga caso a fonte de ignição seja removida 
(COELHO E COSTA, 2007). 
O limite inferior de inflamabilidade (LII) e o limite superior de inflamabilidade (LSI) 
correspondem, respectivamente, à mistura mais pobre ( < 1) e mistura mais rica de combustível 
capaz de manter uma chama estável. A Tabela 2 apresenta os limites de inflamabilidade para 
algumas substâncias. 
Tabela 2 - Limites de Inflamabilidade a 25°C e a 1atm 
COMBUSTÍVEL LII () LSI () 
Hidrogênio 0,10 7,14 
Metano 0,5 1,67 
Etano 0,52 2,4 
Propano 0,56 2,7 
Butano 0,57 2,8 
Etileno 0,40 8,0 
Benzeno 0,56 3,7 
Metanol 0,51 4,0 
Etanol 0,41 2,8 
Fonte: Adaptado de LAW (2006). 
 
26 
2.4 COMBUSTÃO EM MEIOS POROSOS 
 
O fenômeno de recirculação de calor em queimadores porosos gera um aumento da 
temperatura dos reagentes ampliando os limites de inflamabilidade da mistura gasosa. Assim, 
queimadores porosos possibilitam a queima de misturas mais pobres que o LII e misturas mais 
ricas que o LSI de uma chama laminar (PEREIRA 2002, CATAPAN 2005, MOSER, 2011). 
Assim, os queimadores porosos possibilitam a realização de uma combustão pobre, que em 
circunstâncias normais de pressão e temperatura ambiente não ocorreria em um queimador 
convencional. Isto se torna possível devido à combustão se realizar no interior das cavidades da 
matriz porosa sólida, ao invés de queimar em uma chama livre na saída de um queimador 
(WOOD e HARRIS, 2008). A combustão em meios porosos apresenta algumas características 
únicas, tais como: alta saída radiante, baixas emissões de CO e NOx, alta velocidade de chama 
e maior densidade e modulação de potência (MUJEEBU et al.; 2009a). 
A diferença entre a combustão em meios porosos e um sistema convencional surge 
devido a uma maior eficiência na transferência de calor dos produtos da reação da combustão 
para a mistura não queimada. 
Em um sistema de combustão convencional, a convecção é o modo dominante de 
transferência de calor. Por outro lado, na combustão em meios porosos, os modos de 
transferência de calor por condução e radiação também são significativas. Além disso, a 
transferência de calor por convecção também é melhorada, devido ao aumento da área da 
superfície interior da matriz porosa. Nos queimadores porosos há uma melhor homogeneização 
da temperatura em toda a matriz porosa e a presença de uma quantidade significativa de radiação 
ajuda a pré-aquecer a mistura de ar-combustível a montante da entrada, melhorando assim a 
eficiência da combustão (MUJEEBU et al.; 2009a). 
A Figura 4 representa o esquema de um queimador poroso. Segundo (PANTAGI e 
MISHRA, 2006) para obter um melhor controle sobre a estabilização da chama, queimadores 
porosos podem ser constituídos por dois materiais diferentes formando duas zonas. A primeiraé a zona de pré-aquecimento, constituída de um material de baixa porosidade e condutividade 
térmica, e a segunda é a zona de combustão, também conhecida como região de estabilização 
da chama, que é constituída de um material de maior porosidade e condutividade térmica. A 
razão para a escolha de um material de baixa condutividade e porosidade na zona de pré-
aquecimento é para evitar o refluxo resultante da mistura gasosa que entra no queimador. 
 
 
27 
Figura 4 - Esquema geral da combustão em meios porosos radiantes 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Autor (adaptado de Mujeebu et al., 2009b) 
 
A seleção adequada de materiais porosos (tanto para zona de pré-aquecimento e de 
combustão) permite que a combustão ocorra na interface das duas zonas e a energia proveniente 
do processo seja distribuída por todo o volume do queimador. Todavia diversos trabalhos, 
Araruna et al. (2013), Gao et al. (2014), Bubnovich et al. (2010), Catapan et al. (2011), 
apresentam configurações de queimadores porosos preenchidos com uma mesma espécie de 
material, modificando apenas a porosidade das zonas de pré-aquecimento e de combustão. 
 
 
2.4.1 Matriz Porosa 
 
A matriz porosa que constitui os queimadores porosos é geralmente compostos 
cerâmicos ou fibras metálicas, podendo ser encontrada em diversas formas (estruturas 
cerâmicas reticuladas, esponjas cerâmicas, malhas metálicas, dentre outras). Como 
características importantes da matriz porosa destacam-se a densidade linear dos poros e a 
porosidade do leito (PEREIRA, 2002). A porosidade é definida como o percentual volumétrico 
 
 
Transferência de calor: 
condução, 
convecção e 
radiação 
Região de 
estabilização 
de chama 
Região de mistura (ar/combustível) 
Produtos de Combustão 
 
 
 
Região de 
combustão 
Região de 
pré-aquecimento 
28 
de espaço vazio na estrutura cerâmica, sendo assim, se uma cerâmica apresenta 60 % de 
porosidade em 1,0 cm3ela apresenta 0,60 cm3 de espaço vazio e 0,40 cm3 de material cerâmico. 
Já a densidade linear dos poros expressa o número de poros existentes em um comprimento ao 
longo de uma linha reta, ou seja, para uma cerâmica de 20 ppi há 20 poros em uma polegada 
medida ao longo de uma linha reta (PEREIRA, 2002, CATAPAN, 2005). 
O leito (ou matriz) poroso de um queimador pode ser constituído de diferentes 
materiais tais como: alumina (Al2O3), carbeto de silício (SiC), zircônia (ZrO2), ligas de ferro, 
cromo, alumínio e níquel, entre outros. A utilização destes materiais proporciona transferência 
de calor por condução e modifica os efeitos de convecção e radiação dentro da câmara de 
combustão. Dentre os materiais porosos utilizados destacam-se as cerâmicas, por suportarem 
elevadas temperaturas, e apresentarem estabilidade química, resistência à erosão e longa vida 
útil. A Tabela 3 apresenta os principais materiais cerâmicos que são mais utilizados para rechear 
o leito de alguns queimadores porosos. 
 
Tabela 3 - Propriedades físico-químicas de materiais utilizados como matriz porosa 
Propriedades Al2O3 SiC ZrO2 
Temperatura usual máxima 1900 1600 2300 
Condutividade térmica a 1000 °C (W∙m-1∙K-1) 5 – 6 20 – 50 2 – 4 
Emissividade total a 2000 K 0,28 0,9 0,31 
Coeficiente linear de expansão térmica entre 
20 e 1000 °C (10-8 K-1) 
8 4 – 5 10 - 13 
Resistência ao choque térmico (10-3 W-1) 3 23 1 
Fonte: Adaptado de Wood e Harris, 2008. 
 
Convém destacar que a alumina (Al2O3) é o material cerâmico utilizado neste trabalho, 
devido a sua capacidade de atingir elevadas temperaturas, sua resistência à degradação térmica 
e por ter menor custo. Além disso, apresenta moderada emissividade e condutividade, um alto 
coeficiente de expansão térmica e uma pequena resistência ao choque térmico. Assim neste 
trabalho, foram utilizadas duas camadas de Al2O3 no preenchimento do queimador poroso, uma 
com menor porosidade (45%) na região de pré-aquecimento, e outra com maior porosidade 
(53%) na região de estabilização da chama. 
 A diminuição da porosidade tende a dificultar a propagação da chama através do meio 
poroso. Isso ocorre porque com a diminuição do tamanho dos poros há um aumento na área 
interfacial específica entre as fases gás e sólido. Esse aumento permite uma maior transferência 
29 
de energia dos gases para a matriz porosa, diminuindo a temperatura da chama podendo levar a 
sua extinção (JUNIOR e JUNIOR, 2006). 
 
2.4.2 Recirculação de Calor (REC) 
 
O princípio de recirculação de calor em um sistema de combustão consiste em utilizar 
parte da energia térmica presente nos produtos para pré-aquecer os reagentes (MUJEBUU et 
al., 2009a). Esse pré-aquecimento dos reagentes através da recirculação do calor permite obter 
perfis de temperaturas superiores à temperatura de chama adiabática. Este princípio foi proposto 
a mais de 40 anos por Alfred Egerton, sendo reiterado por Weiberg (1971) e por Fateev (1972). 
A Figura 5 ilustra um esquema comparativo entre um processo de combustão convencional e 
um processo de combustão com recirculação de calor. 
 
Figura 5 - Comparação entre a combustão com recirculação de calor e a combustão 
convencional 
 
Fonte: Adaptado de Pereira (2002). 
 
Na Figura 5 a linha tracejada representa o perfil energético de uma combustão 
convencional e a linha contínua um sistema com recirculação de calor. Em um sistema de 
combustão convencional, os reagentes entram com uma entalpia inicial (Hi) e após a liberação 
da energia química de combustão (Qc) os gases passam para um nível de entalpia Hi + Qc, que 
é o limite termodinâmico para a entalpia dos produtos de combustão de um sistema adiabático 
(MUJEEBU et al., 2011). Já em um sistema com recirculação de calor, os reagentes que entram 
com entalpia inicial Hi, recebem a parcela de calor recirculado (Qrec), proveniente dos produtos 
30 
da reação, elevando a entalpia dos gases ao nível de Hi + Qrec. Ao passar pela região da chama, 
a energia química de combustão é liberada (Qc) de tal forma que a entalpia dos gases alcança o 
nível de Hi + Qrec + Qc. Em seguida, a parcela Qrec é transferida para os reagentes e a entalpia 
dos gases é reduzida até o limite termodinâmico do processo (PEREIRA, 2002; CATAPAN, 
2007). 
Assim, o processo de combustão com recirculação de calor também é conhecido como 
combustão com excesso de entalpia, pois em determinada região do sistema, a entalpia dos 
gases, alcança um nível de energia térmica superior ao limite termodinâmico. Isto proporciona 
maiores temperaturas e taxas de reação quando comparados com sistemas sem recirculação de 
calor. 
Segundo Wood e Harris (2008) uma das alternativas para obtenção de uma combustão 
com excesso de entalpia é inserir uma matriz sólida porosa, com alta propriedade de 
transferência de calor no interior da câmara de combustão, pois isto proporciona um meio de 
recirculação de calor interno. Esta recirculação de calor em meios porosos envolve uma 
combinação de todos os três modos de transferência de calor: condução, convecção e radiação. 
Os reagentes entram no meio poroso a uma determinada temperatura inicial e são aquecidos 
pela fase sólida por condução e radiação à medida que circulam no queimador. Em um dado 
ponto, as temperaturas da fase sólida e da fase gasosa atingem um valor máximo ocorrendo à 
combustão dos reagentes. Desta forma, os produtos quentes da combustão transferem calor por 
convecção à fase sólida de menor temperatura que, por sua vez, ao ser aquecido transfere calor 
por radiação e condução para as regiões mais frias antes da chama. Este processo caracteriza 
uma forma de sistema com recirculação de calor(MOSER, 2011; VANDADI et al., 2013). 
 
31 
2.4.3 Eficiência de Radiação 
 
O aquecimento por radiação térmica é bastante utilizado em processos industriais tais 
como secagem de papel, processamentos de vidro, cura de revestimento, em aquecimentos de 
ambientes e preparação de ambientes (PEREIRA, 2002; CATAPAN, 2007). Assim, 
queimadores porosos radiantes são desenvolvidos para utilizar os benefícios do aquecimento 
por radiação térmica. Genericamente, a eficiência de radiação é determinada pela razão de calor 
irradiado pelo queimador e a energia total liberada na combustão, conforme é apresentada na 
Equação (6). 
 
ηrad =
Qrad
S
 (6) 
 
Qrad = Aq. ε. σ. (Tsup
4 − Tamb
4 ) (7) 
 
S = ṁ. PCIc (8) 
 
A Equação (7) expressa a energia irradiada pelo queimador, e esta é calculada a partir 
da constante de Stefan Boltzmann (σ), da emissividade da superfície (ε), da área da seção 
transversal do queimador (Aq), a temperatura superficial do queimador (Tsup) e a temperatura 
ambiente (Tamb). Já a Equação (8), representa a energia total liberada na combustão que 
depende da vazão mássica (�̇�) e do PCI do combustível (CATAPAN et al., 2011). 
 
2.4.4 Velocidade de Chama 
 
Para uma chama estacionária, a velocidade de chama (uch) é definida como a 
velocidade média dos reagentes que chegam à entrada do queimador. Esses reagentes se movem 
em direção à zona de combustão na direção normal a superfície do queimador. Em queimadores 
porosos, a velocidade de chama é definida pelo quociente entre o fluxo dos gases (Vg) e a área 
da seção transversal do queimador (Aq), conforme demonstrado na Equação (9). 
 
uch = 
Vg
Aq
 (9) 
 
32 
No interior da matriz porosa a área de passagem dos gases é reduzida, assim a 
velocidade de chama real é igual à velocidade de chama dividida pela porosidade do leito. 
 
2.4.5 Potência do Queimador 
 
A potência do queimador (Pq) é definida como sendo o produto do PCI do combustível 
pela sua vazão mássica (𝑚𝑐)̇ , conforme a equação abaixo: 
 
Pq = PCI. mċ (10) 
 
2.4.6 Número de Peclet 
 
Na combustão em meios porosos existe uma taxa específica de extração de energia 
para manter uma quantidade mínima armazenada na matriz porosa, e com isso oferecer 
condições térmicas favoráveis à manutenção da frente de chama no interior do queimador. 
Desse modo, Trimis e Durst (1996) reportaram que o número crítico de Peclet (Pe*) para a 
propagação da chama é 65. Portanto, valores menores do que 65 entende-se que há ausência de 
chama ou a mesma pode se extinguir-se (Pe < Pe*). Assim, de acordo com Mujeebu e 
colaboradores (2009b), a estabilização e a propagação da chama podem ser governadas pelo 
número de Peclet (Pe), conforme descrito na Equação (11): 
 
Pe = 
SLdmCpρ
k
 (11) 
 
Onde, SL é a velocidade de chama laminar, dm é o diâmetro equivalente médio dos poros do 
material poroso, Cp o calor especifico da mistura gasosa, ρ a densidade da mistura gasosa e k a 
condutividade térmica da mistura gasosa. 
 
2.4.7 Aplicações da Técnologia de Queimadores Porosos 
 
A combustão de combustíveis gasosos e líquidos em meios porosos tem sido 
amplamente estudada nos últimos 30 anos. Algumas aplicações podem ser destacadas, tais 
como: melhoramento e redução em tamanho de aquecedores domésticos; utilizados em turbinas 
a gás; nos processos de fabricação de vidro temperado (na redução de 20-30% das perdas de 
33 
calor para o ambiente); secagem de papéis e pinturas, entre outros (KHANNA et al., 1994; 
JÚNIOR; JÚNIOR, 2006; BUBNOVICH et al., 2013). 
Nessa última década, foram realizados diversos estudos experimentais e numéricos 
avaliando diferentes aspectos desta área de pesquisa, tais como: emissões de poluentes, limites 
de inflamabilidade, potência dos queimadores desenvolvidos, perfis de temperatura da 
combustão, mecanismos de estabilização de chama, eficiência de radiação, entre outros. 
Há alguns trabalhos de revisão que sintetizam trabalhos desenvolvidos com a 
utilização dos queimadores porosos, dentre eles podemos citar as revisões realizadas por 
Oliveira e Kaviany (2001), Wood e Harris (2008), Mujeebuu et al. ( 2009a) e Mujeebuu et al. 
(2009b). 
Desde a descoberta da técnica de combustão em meios porosos, diversos trabalhos 
foram realizados. Bubnovich et al. (2011) estudaram as condições de estabilização de uma 
chama no interior de um queimador poroso formado por duas camadas de diferentes tamanhos 
de esferas de alumina (diâmetros de 2,5 mm e 5,6 mm). Os autores realizaram uma combustão 
pobre de uma mistura de metano/ar e analisaram os perfis de temperatura em função da 
velocidade de chama e as emissões de CO e NOx na saída do queimador. Para diferentes 
velocidades de chama (variando entre 7,01 e 9,57 L/min) e uma relação de equivalência de Ф 
= 0,6, a chama manteve-se localizada entre as duas secções das esferas de alumina e apresentou 
uma temperatura máxima de 1474 K. Já as emissões de CO e NOx, foram de 0 ppm e 4 - 7 ppm, 
respectivamente. 
Pereira (2002) estudou experimentalmente o mecanismo de estabilização de chamas 
em um queimador poroso radiante composto de duas camadas de espumas cerâmicas de 
diferentes propriedades. Foram utilizadas duas espumas cerâmicas com 45 ppi e duas com 10 
ppi, ambas com 70 mm de diâmetro e feitas à base de alumina (Al2O3) e zircônia (ZrO2). Os 
resultados indicam que este queimador tem boa estabilidade de chama e eficiências de radiação 
que variam entre 20 e 33 %. Barkry et al. (2010) propuseram uma nova técnica para 
estabilização de chama em queimadores porosos. A técnica tem por base a utilização do regime 
pressuriza do trabalhando com alta temperatura na combustão em queimadores porosos. Para 
combustão com pré-mistura de metano/ar, foram obtidos valores de CO e NOx < 10 ppm. 
Mohamed (2005) menciona a possibilidade do uso do potencial dos queimadores 
porosos na produção de eletricidade, como um mini cogerador, produzindo eletricidade e calor. 
Fato este estudado por Bubnovich et al. (2013) que desenvolveram um mini sistema de geração 
de energia elétrica, onde um queimador poroso foi acoplado a um módulo termelétrico. No 
trabalho foi realizada a combustão da mistura de propano e ar, com uma razão de equivalência 
34 
de  = 0,5, obtendo uma temperatura máxima de aproximadamente 423 °C. Nesta configuração, 
503 mV de tensão e 150 mA de corrente foram obtidos. Assim, os autores concluíram que esses 
valores são relativamente baixos pelo fato do queimador utilizado não apresentar nenhum 
isolamento térmico, revelando um ponto de partida para se explorar a geração de energia elétrica 
por intermédio da combustão em queimadores porosos. 
Os queimadores porosos são adequados para inúmeras aplicações, incluindo sistemas 
de trocador de calor (JUNIOR; OLIVEIRA-JUNIOR, 2006), queimadores a gás (MUJEBUU, 
et al., 2011), reformadores e aparelhos de aquecimento doméstico (MUTHUKUMAR et al., 
2011) e pode ser operado com uma vasta gama de combustíveis. 
Há também diversos estudos de modelagem computacional dos quais avaliam os 
processos que ocorrem no interior dos queimadores porosos, entre estes destacam-se os 
trabalhos realizados por Yoshizawa et al. (1998), Barra et al. (2003), Barra e Ellzey (2004), 
Hayashi et al. (2004), Lemos (2010), Bubnovich et al. (2011). 
Barra et al. (2003) realizaram um estudo numérico sobre a estabilização de chama em 
um queimador poroso dividido em duas seções, uma região de pré-aquecimento e uma região 
de estabilização da chama. A modelagem realizada indica que os limites de estabilidade são 
significativamente afetados pelas propriedades damatriz porosa e que para ampliar ao máximo 
a faixa de estabilidade de chama na região de pré-aquecimento deve apresentar baixa 
condutividade térmica, baixo coeficiente de transferência volumétrica de calor e alto coeficiente 
de extinção. Já a região de estabilização de chama deve apresentar alta condutividade térmica, 
alto coeficiente de transferência volumétrica de calor e coeficiente de extinção médio. 
Lemos (2010) em seu trabalho avaliou numericamente o escoamento turbulento em 
meios porosos. O autor utiliza o conceito de dupla decomposição para o fluxo turbulento através 
de meios porosos obtendo assim uma incorporação dos mecanismos de dispersão e turbulência, 
nas taxas de consumo de combustível. 
 
 
 
 
 
35 
2.5 COMBUSTÃO CATALÍTICA 
 
O catalisador é geralmente definido como uma espécie que acelera uma reação 
química, mantendo-se inalterado pela reação. Os catalisadores diminuem a energia de ativação 
de uma reação permitindo que ela se processe mais rapidamente. A aplicação dos catalisadores 
é bastante vasta e pode ser verificada em diversos processos (INGLEZAKIS e 
POULOPOULOS, 2006). Dentre eles a combustão catalítica tem sido objeto de estudo de 
muitos pesquisadores. 
A combustão catalítica pode ser definida como sendo a queima de um combustível na 
presença de catalisadores, que geralmente podem minimizar a formação de fuligem, NOx, 
hidrocarbonetos (HC), CO, SOx, da corrente dos gases de combustão. Desse modo diversos 
materiais que incluem principalmente metais, óxidos metálicos e zeólitas têm sido utilizados na 
decomposição de emissões derivadas do processo de combustão, sobretudo atuando no processo 
de redução de NOx (LEE e TRIM, 1995, AHN et al.,2005, TERRIBILE et al., 1999). 
A utilização de catalisadores para redução das emissões de poluentes provenientes da 
frota veicular vem sendo estudado. Nesse contexto, Oliveira et al. (2009a) estudaram sistemas 
catalíticos (pós-combustão) para redução de óxidos de nitrogênio em veículos a diesel. No 
trabalho, os autores realizam uma simulação e compararam três tipos de catalisadores, dois 
catalisadores a base de zeólitas com cobre (i.e. CuZSM-5 e CuMORD) e um comercial a base 
de V2O5-WO3-TiO2 (CATCO). Os resultados mostraram que o CATCO foi o mais eficiente 
para a conversão de NOx, todavia ele mostrou uma formação elevada de N2O (gás efeito estufa, 
310 vezes mais impactante do que o CO2). Já o CuMORD não apresentou formação de N2O, e 
obteve maior rendimento do que o CuZSM-5. Estudo similar também foi realizado em Oliveira 
e colaboradores et al. (2009b) para os catalisadores a base de ferro (FeZSM-5, FeMORD) para 
abatimento de NOx. O FeMORD não apresentou formação de N2O e obteve um maior 
rendimento na conversão de NOx do que o FeZSM-5. 
A combustão catalítica de metano também é bastante estudada, sendo que trabalhos 
com catalisadores a base de paládio são mais frequentes (LEE e TRIM, 1995; ROCHA et al., 
2001; MOURA e PINTO, 2007). Um estudo realizado por Brandão e Simplício (2001) analisou 
a combustão catalítica do metano utilizando óxidos mistos de titânio, lantânio e sódio 
(Ti/La/Na). Os catalisadores utilizados a base de Ti/La/Na foram preparados nas razões molares 
de 1/1/2, 1/2/1, 2/1/1, e testados sua atividade na conversão termoquímica do metano. Os 
resultados obtidos mostraram que a presença de uma elevada concentração sódio (catalisador 
1/1/2), ou seja, sítios fortemente básicos desfavorecem a reação de combustão. Tais sítios 
36 
sofrem extensa carbonatação. Elevadas concentrações de lantânio (1/2/1) favorecem reação de 
combustão, e nesse caso, ocorre a formação de carbonatos que decompõem mais lentamente. O 
catalisador 2/1/1, com maior teor de titânio, apresenta as melhores características para reação 
de combustão, sendo aquele com menor incidência de carbonatação. 
O estudo na combustão em meios porosos ainda é uma abordagem nova. Araruna et 
al., (2013), estudaram a combustão catalítica de biodiesel/GLP e GLP em um queimador poroso 
contendo CuZSM-5/Al2O3. Para a combustão de GLP, sem a utilização de catalisador, na razão 
de equivalência de 0,76 foram obtidos valores de 828 ppm de CO e 3 ppm de NOx, já com a 
utilização do CuZSM-5/Al2O3 o valor de CO foi de 625 ppm e de NOx foi inferior ao limite de 
detecção da instrumentação utilizada. Além de reduzir CO E NOx oriundo do processo de 
combustão, a introdução do CuZSM-5/Al2O3 na matriz porosa, resultou em aumentos de 60% 
e 20% na eficiência total da combustão do GLP e biodiesel/GLP, respectivamente. 
 
2.6 POLUENTES ORIUNDOS DA COMBUSTÃO 
 
No processo de combustão são emitidos poluentes tais como material particulado 
(fuligem, cinzas, etc), óxidos de nitrogênio (NO e NO2), monóxido de carbono (CO), 
hidrocarbonetos não queimados (HC) e gases de efeito estufa (N2O e CO2) (JÚNIOR e 
LACAVA, 2003). Alguns desses poluentes geram sérios problemas ambientais e à saúde 
humana, por isso torna-se necessário conhecer os produtos de uma combustão no intuito de se 
buscar mecanismo de controle para reduzir as emissões geradas durante o processo. 
Os principais poluentes primários provenientes da combustão de hidrocarbonetos são 
o NOx, o CO e os hidrocarbonetos não queimados ou parcialmente queimados. Os NOx ao 
entrarem em contanto com o vapor d’água, formam o ácido nítrico, que é um dos compostos 
que auxiliam na formação da chuva ácida. Além disso, a ação de raios ultravioletas (UV) sobre 
o NO2 leva à formação de ozônio (O3) e quando este se apresenta na troposfera apresenta um 
risco à saúde humana provocando problemas como tosse e diminuição da capacidade pulmonar 
(JÚNIOR e LACAVA, 2003). Já CO, um gás inodoro e tóxico, os efeitos e sintomas desse 
poluente em pessoas são apresentados na Tabela 4. 
 
 
 
37 
Tabela 4 - Efeitos e sintomas do CO à saúde humana 
Concentração 
(ppm) 
Efeitos e sintomas na saúde humana 
Tempo de 
exposição 
35 Nível permissível de exposição 8 horas 
200 Dor de cabeça leve, desconforto. 3 horas 
400 Dor de cabeça, desconforto. 2 horas 
600 Dor de cabeça, desconforto. 1 hora 
1000 – 2000 Confusão, dor de cabeça, náusea. 2 horas 
1000 – 2000 Tendência a cambalear 1 hora e 30 minutos 
1000 – 2000 Palpitação no coração 30 minutos 
2000 – 2500 Perda de consciência 30 minutos 
4000 Morte Menos de 1 hora 
Fonte: Adaptado de JÚNIOR e LACAVA, 2003. 
 
Os valores apresentados na tabela são aproximados e podem variar de indivíduo para 
indivíduo, dependendo do estado de saúde e do nível de atividade física. 
 
 
2.6.1 Monóxido de Carbono (CO) 
 
A combustão de hidrocarbonetos, no processo de formação de CO, pode ser 
caracterizada, de um modo simplista, como um processo em dois passos: a quebra do 
combustível para a formação de CO e a oxidação final de CO para CO2. Desse modo, os radicais 
gerados a partir do combustível sofrem reações com o oxigênio para formar aldeídos, que, por 
sua vez, formam outros radicais que se convergem em CO por decomposição térmica. O CO se 
oxida lentamente, exceto se houver a presença de compostos que contenham hidrogênio. 
Pequenas quantidades de H2O ou H2 podem ter um forte efeito na taxa de oxidação do CO, já 
38 
que quando este processo envolve o radical OH revela ser mais rápido do que aqueles 
envolvendo O e O2 (JÚNIOR e LACAVA, 2003). 
Próximas às regiões frias da parede do queimador há formação de CO, devido à 
diminuição das reações químicas. Ou seja, em regiões muito próximas às paredes, a taxa de 
transferência de calor para estas faz com que a temperatura da mistura reagente torne-se menor 
que a temperatura de ignição, provocando a extinção de parte ou de todas as reações de 
combustão, impossibilitandoque as moléculas de CO se oxidem para CO2. Este mecanismo é 
o principal responsável pelas emissões de CO e hidrocarbonetos não queimados em 
queimadores porosos radiantes (CATAPAN, 2007). As emissões CO também aumentam à 
medida que a velocidade de chama é aumentada para uma dada razão de equivalência. Já que 
para velocidades mais altas, a frente de chama se aproxima da superfície do queimador, 
deixando menos tempo para que ocorra a oxidação de CO para CO2 (KHANNA et al., 1994). 
 
2.6.2 Óxidos de Nitrogênio (NOx) 
 
No processo de combustão observam-se três rotas principais de formação de NOx. São 
elas: NOx térmico, NOx imediato e NOx combustível. O processo de formação do NOx térmico, 
também conhecido como mecanismo de Zeldovich, é o principal mecanismo na queima de 
combustíveis isentos de nitrogênio. Este processo é proveniente da oxidação do nitrogênio do 
ar em altas temperaturas e tempos de residência relativamente longos (MARTINS e 
FERREIRA, 2010). O mecanismo de Zeldovich consiste em duas Reações (1) e (2): 
O + N2 ⟺ NO + N (1) 
N + O2 ⟺ NO + O (2) 
 
As quais podem ser estendidas ao incluir a Reação (3): 
 
N + OH ⟺ NO + H (3) 
 
A energia de ativação representada pela da Reação (1) é relativamente alta devido à 
tripla ligação presente na molécula de N2, fazendo com que esta só aconteça em temperaturas 
superiores a 1800 K. Por outro lado, a Reação (2) requer a presença de zonas de elevadas 
concentrações de oxigênio, sendo necessário quebrar a ligação da molécula de O2, o que 
também está associado a zonas de elevadas temperaturas (MILLER e BOWMAN, 1989). Já a 
Reação (3), apesar de não necessitar de uma elevada energia de ativação, exige a presença de 
39 
radicais OH, estando também associado a zonas de elevadas temperaturas. Devido à 
instabilidade e localização dos radicais OH, esta é muito mais rápida que as anteriores, 
ocorrendo maioritariamente na zona de reação (MILLER e BOWMAN, 1989). 
A presença de NOx na região de chama com mistura rica em combustível, que não 
poderia ser explicada pelo mecanismo térmico, foi explicada por Fenimore. Deste modo, foi 
proposto o mecanismo de NOx imediato (do inglês “prompt NOx”) segundo o qual radicais 
hidrocarbonetos reagem rapidamente com nitrogênio molecular formando aminas (NH) e 
compostos cianos (HCN, H2CN e CN), conforme as Reações (5)- (7): 
 
CH + N2 ⟺ HCN + N (4) 
 
CH2 + N2 ⟺ HCN + NH (5) 
 
CH2 + N2 ⟺ H2CN + N (6) 
 
C + N2 ⟺ CN + N (7) 
 
Segundo Hayhurst e Vince (1980) o mecanismo de NOx imediato é válido somente em 
regiões de chama com mistura rica em combustível, já o mecanismo proposto por Zeldovich 
prevê adequadamente a taxa de formação de NOx em chama de mistura pobre e estequiométrica. 
O NOx combustível é originado na combustão de combustíveis que apresentam 
compostos nitrogenados em sua estrutura molecular. Miller e Bowman (1989) realizaram testes 
em escalas laboratoriais com vários tipos de combustíveis que continham nitrogênio em sua 
composição e chegaram à seguinte conclusão: 
 
 A combustão depende muito pouco do tipo dos compostos nitrogenados; 
 A conversão depende fortemente das condições locais de combustão, tais como: altas 
temperaturas e relação estequiométrica rica em combustível; 
 A conversão é altamente dependente da concentração de compostos nitrogenados na 
mistura ar/combustível. 
 
40 
2.6.3 Redução das Emissões Derivadas da Combustão Via Catálise 
 
Diversos esforços foram investidos para busca de soluções no abatimento de emissões 
de NOx. Nesse cenário, a utilização de catalisadores tem oferecido alternativa viável e 
economicamente atrativa. Iwamoto e Hamada (1991) classificam os agentes redutores 
catalíticos de óxido de nitrogênio como: 
 
 Seletivos (C2H4, C3H6, C4H8, C3H8, álcool) quando ocorre a formação direta de vapor 
de água e nitrogênio; 
 Não seletivos (H2, CO, CH4) quando produtos diferentes podem ser formados. 
 
As seguintes rotas podem ser realizadas para a remoção catalítica de NO 
(PÂRVULESCU et al., 1998; FERNADES, 2005; SILVA, 2008): 
 
 Decomposição direta do NO, a qual elimina o uso de agentes redutores, evitando a 
possível geração de poluição adicional associada a esses agentes; 
 Redução catalítica seletiva de NO com amônia; 
 Redução catalítica seletiva de NO na presença de hidrocarbonetos e condições 
oxidantes; 
 Redução catalítica de NO na presença de CO e/ou Hidrogênio (H2). 
 
A decomposição direta do NO não necessita o uso de outro reagente e apresenta o 
potencial de formar N2 e O2. Sendo que a adição de agentes redutores tais como 
hidrocarbonetos, CO, H2 ou amônia pode formar poluentes secundários como hidrocarbonetos 
oxigenados, CO, CO2, cianetos, isocianetos e N2O (PÂRVULESCU et al., 1998). 
Apesar da decomposição direta do NO ser termodinamicamente favorável, ele é 
desfavorecido pela cinética química. Deste modo, para aplicação comercial é necessário a 
utilização de catalisador adequado. Os catalisadores mais estudados para este processo têm sido 
os óxidos metálicos ou baseados em zeólitas, sendo que as zeólitas apresentam melhor atividade 
para a decomposição de NO e servem como referência no estudo de novos catalisadores 
(FERNANDES, 2005). 
Diversos trabalhos utilizam amônia como agente redutor de NO na presença de 
catalisadores. As principais Reações (8) - (11) que ocorrem nesse processo de RCS (Redução 
Catalítica Seletiva, do inglês SCR) estão listadas a seguir: 
41 
4𝑁𝑂 + 4𝑁𝐻3 + 𝑂2 → 4𝑁𝑂 + 6𝐻2𝑂 (8) 
 
6𝑁𝑂 + 4𝑁𝐻3 → 5𝑁2 + 6𝐻2𝑂 (9) 
 
6𝑁𝑂 + 8𝑁𝐻3 → 7𝑁2 + 12𝐻2𝑂 (10) 
 
2𝑁𝑂2 + 4𝑁𝐻3 + 𝑂2 → 3𝑁2 + 6𝐻2𝑂 (11) 
 
As Reações (12) – (17), são secundárias indesejadas que podem ocorrer dependendo 
da natureza do catalisador, concentração de oxigênio e temperatura: 
 
4𝑁𝐻3 + 3𝑂2 → 2𝑁2 + 6𝐻2𝑂 (12) 
 
4𝑁𝐻3 + 5𝑂2 → 4𝑁𝑂 + 6𝐻2𝑂 (13) 
 
4𝑁𝐻3 + 7𝑂2 → 4𝑁𝑂2 + 6𝐻2𝑂 (15) 
 
2𝑁𝐻3 + 8𝑁𝑂 → 5𝑁2𝑂 + 3𝐻2𝑂 (16) 
 
4𝑁𝐻3 + 4𝑁𝑂 + 3𝑂2 → 4𝑁2𝑂 + 6𝐻2𝑂 (17) 
 
É importante destacar que um excesso de ar na RCS de NO com NH3 pode reduzir a 
seletividade do catalisador por N2, favorecer a formação de N2O ou aumentar a formação de 
NO e NO2 (PÂRVELESCU et al., 1998). 
Uma outra rota utilizada para redução de NO é a utilização de hidrocarbonetos como 
agente redutor (RCS de NOx com HC). A principal vantagem dessa rota catalítica é a 
possibilidade dessa operação ocorrer em condições oxidantes, com baixa toxicidade e baixo 
custo, comparado com o uso da amônia. O propano e o metano são os hidrocarbonetos mais 
estudados para a RCS do NO. Segundo Batista (2002), os catalisadores avaliados no processo 
RSC-HC podem atuar tanto na redução de NO, como na oxidação de CO e hidrocarbonetos não 
queimados ou parcialmente oxidados a CO2. Sendo uma alternativa promissora para redução de 
poluentes provenientes do processo de combustão. 
Ciambelli et al. (2000) descrevem as principais Reações (18) - (25) envolvidas na 
RCS-HC utilizando-se metano ou propano como hidrocarbonetos redutores. 
 
10𝑁𝑂 + 𝐶3𝐻8 → 5𝑁2 + 3𝐶𝑂2 + 4𝐻2𝑂 (18) 
 
4𝑁𝑂 + 𝐶𝐻4 → 2𝑁2 + 𝐶𝑂2 + 2𝐻2𝑂 (19) 
 
𝐶3𝐻8 + 5𝑂2 → 3𝐶𝑂2 + 4𝐻2𝑂 (20) 
 
42 
𝐶𝐻4 + 2𝑂2 → 𝐶𝑂2 + 2𝐻2𝑂 (21) 
 
2𝐶3𝐻8 + 7𝑂2 → 6𝐶𝑂 + 8𝐻2𝑂 (22) 
 
2𝐶𝐻4 + 3𝑂2 → 2𝐶𝑂 + 4𝐻2𝑂 (23) 
 
2𝐶𝑂 + 𝑂2 → 2𝐶𝑂2 (24) 
 
2𝑁𝑂 + 𝑂2 → 2𝑁𝑂2 (25) 
 
𝐶3𝐻8 (𝑜𝑢 𝐶𝐻4 ) + 𝑁𝑂 → 𝑁2𝑂 + 𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂 (26) 
 
Segundo Fernandes (2005)